超细晶镁合金的研究现状及展望

镁及其合金具有低密度、高比强度、高导热性、高阻尼性以及良好的电磁屏蔽性能等优点,成为最具应用前景的结构材料之一。随着环保问题的日益突出,轻量化和节能减排变得日趋重要,对具有低密度、高性能和可回收再生产等特性的结构材料提出了大量且迫切的需求,这对镁合金的发展和应用提供了广阔的前景,但目前镁合金特别是变形镁合金还没能大规模工业化应用,还有问题需要解决。绝对强度较低、塑性较差等是影响变形镁合金应用的主要瓶颈。在材料传统的四种强化理论中,析出强化、加工硬化等可以显著提高变形镁合金的绝对强度,但同时会损害其塑性;固溶强化一般只能提高强度,降低塑性,在镁合金中虽存在一些能够同时提升强度和塑性的固溶元素,但该类元素较少,且对强度和塑性的提升效果也十分有限,还有待进一步研究发展;而晶粒细化是目前最有效的能同时提高材料强度和塑性的方法,当晶粒细化至数个微米量级时(超细晶),材料的强度和塑性会得到极大提升。在钢铁材料中的超细晶钢,就是利用超细晶组织(一般认为超细晶组织的目标是将晶粒尺寸从传统的几十微米细化至1～2μm)使钢铁材料的综合力学性能翻一番。同时,晶粒超细化也是高性能镁合金的研究重点之一。近期相关研究表明,超细晶镁合金拥有良好的强度和塑性,甚至还具有室温超塑性。目前常用于制备超细晶镁合金的方法主要有两种:剧烈变形法和中低温变形法。其中剧烈变形法主要采用等通道挤压、高压扭转、累积叠轧、多向锻造、粉末冶金等工艺方法来实现晶粒超细晶化,已有一定的发展历史,具有较深的研究基础;而中低温变形法是近年来新兴的一种制备超细晶镁合金的方法,同样能够成功制备出平均晶粒尺寸约为1μm的超细晶镁合金材料,该方法具备工业化应用的潜力。此外,通过剧烈变形法和中低温变形法制备的不同合金成分的超细晶镁合金材料性能差异较大,因此合金的成分设计在两种制备超细晶镁合金的方法中也具有至关重要的作用。总地来说,通过设计不同的合金成分,改进制备工艺,准确调控变形过程中的再结晶行为,制备出组织良好、性能优异的镁合金材料已成为发展超细晶镁合金的重要方向。因此,本文综述了目前超细晶镁合金的研究现状及主流的制备方法的优缺点,并分析了超细晶镁合金的制备方法和合金设计对组织和性能的影响,最后对超细晶镁合金的发展方向进行展望。     

Mn对Mg-4Zn变形镁合金组织与性能的影响

目的 研究Mn对Mg-4Zn合金再结晶组织演变和力学性能的影响,发展高性能Mg-Zn-Mn变形镁合金。方法 以Mg-Zn镁合金为研究对象,利用Mn元素的固溶强化增塑、刺激再结晶形核和钉扎再结晶晶界的特点,通过Mg-Zn-Mn挤压镁合金的显微组织以及室温力拉伸和压缩力学性能测试,分析挤压过程中显微组织的演变和成分对力学性能的影响。结果 Mg-4Zn-2Mn合金平均晶粒尺寸为~7 μm,其拉伸屈服强度、抗拉强度、伸长率、压缩屈服强度和拉压不对称性分别为226 MPa,316 MPa,17%,171 MPa,0.75。结论 合金化元素Mn可有效细化变形镁合金的再结晶组织,随Mn元素含量的增加,Mg-Zn合金再结晶组织不断细化,未再结晶区域增加,合金力学性能增加,拉压不对称性改善。     

基于人工神经网络的宽幅铝合金中厚板厚度预测模型

厚度预测模型的精度是影响厚度控制的重要因素。针对本项目国内水平领先、最宽幅的"1+4"热连轧生产线,根据生产现场获取的5083宽幅铝合金中厚板实测数据,在研究分析关键影响因素的基础上,运用人工神经网络技术建立了铝合金宽幅中厚板厚度预测的BP神经网络模型。其相对误差在0.5%之内,高于已有模型预测精度,能实现高精度预报。应用模型预测了5052宽幅铝合金中厚板的出口厚度,结果表明,模型能较好的预测轧件厚度的变化,有很好的泛化能力。     

Mg-9Al-1Mn合金热轧板材组织与性能

研究了经单道次大应变热轧(LSR)和多道次小应变热轧(SSR)两种不同的轧制工艺下3 mm的Mg-9Al-1Mn(AM91)挤压板的组织和性能。通过拉伸试验对两种工艺制备的板材的力学性能进行测定,并利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜以及背散射电子衍射(EBSD)分析等方法对两种工艺制备的板材的微观组织进行观察和分析。研究结果表明:相比于SSR轧制态板材,LSR轧态及退火态的板材组织都得到了细化,织构也都得到了弱化,塑性变形能力得到了明显的改善。经LSR轧态的板材的断裂延伸率(FE)为20.5%,屈服强度(YS)为193 MPa,抗拉强度(UTS)为284 MPa。LSR工艺可显著改善板材的各向异性,SSR板材退火后的各向异性值(IPA)为8.8%,LSR板材退火后的IPA为5.0%。     

Al，Zn对挤压Mg-1Mn合金晶粒组织和塑性变形机制的影响

目的 探索镁合金中常用合金化元素Al,Zn对挤压Mg-1Mn合金的晶粒组织和力学性能的影响,为含Mn合金的成分设计及商业化应用提供理论支撑.方法 在280℃下,对Mg-1Mn,Mg-1Mn-1Al和Mg-1Mn-2Zn合金进行热挤压,制备镁合金棒材,采用拉伸测试分析力学性能,利用电子背散射衍射技术观察晶粒组织,并通过粘塑性自洽模型研究塑性变形机制.结果 在3种合金中,Mg-1Mn-1Al的晶粒最为细小,平均晶粒尺寸为1.3μm,屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率分别为309 MPa,313 MPa和19.5％.结论 在Mg-1Mn合金中,与Zn相比,较低含量的Al具有更好的再结晶晶粒细化效果.Al,Zn的添加能够有效抑制基面滑移,促进非基面滑移的开启.     

基于应变修正Arrhenius模型的Mg-3Al-3Sn-0.3Mn合金热加工图研究

目的 以Mg-3Al-3Sn-0.3Mn(ATM3303)合金为研究对象,研究了一种使用少量基础实验数据,获得高精度低成本的热加工图的方法。方法 利用少量热压缩实验获取ATM3303合金的真应力-应变曲线,根据应变修正的Arrhenius模型来分段拟合本构方程。根据本构方程可计算更多力学数据,以计算所得数据结合实验数据构建拓展的热加工图;将该拓展热加工图与基于实验数据的普通热加工图进行比较,通过验证实验判别2张热加工图的精度。结果 相较于普通热加工图,经本构方程优化的拓展热加工图内,流变失稳区的面积有所减小。普通热加工图内的部分加工失稳窗口,在拓展热加工图内被预测为安全区。热挤压实验证实,ATM3303合金可在该工艺参数窗口下安全加工。在基础实验条件外,本构方程优化的热加工图预测了一个失稳区,实验显示,ATM33303合金在该失稳区进行热挤压会形成粗大晶粒,持续加工可能引发失效。结论 经本构方程优化的拓展热加工图可较准确地指导ATM3303合金的热加工,数值计算结合实验是构建高精度低成本热加工图的新方法。     

封闭锻造挤压镁合金同步提高强度和塑性（英文）

介绍一种用于AZ31镁合金的新型连续塑性工艺,即闭式锻造挤压。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射和拉伸和压缩试验研究合金微观结构的演变和强化机制。结果表明,该工艺可以促进动态再结晶,消除粗大的未动态再结晶晶粒区域,有效细化晶粒,并提高合金的强度、塑性和各向异性。晶粒细化主要归功于应力,促进再结晶的形核并细化组织。完全再结晶的超细晶组织同时提高了强度和塑性。经过60 s封闭锻造和连续挤压后,合金表现出较高的力学性能,其拉伸屈服强度、抗拉强度、抗压强度、伸长率和屈服不对称性分别为305 MPa、337 MPa、295 MPa、27%和0.97。